Phospholipase C-γ Activation by Direct Interaction with β-Tubulin Isotypes

Phosphoinositide-specific phospholipase $C-{\gamma}\;1\; (PLC-{\gamma}\;1)$ has pivotal roles in cellular signaling by producing second messengers, inositol 1,4,5-trisphosphate $(IP_3)$ and diacylglycerol (DG). Tubulin is a main component of microtubules and mitotic spindle fibers, which are composed of ${\alpha}-$ and ${\beta}-tubulin$ heterodimers in all eukaryotic cells. In humans, six ${\beta}-tubulin$ isotypes have been identified which display a distinct pattern of tissue expression. Previously we found that $PLC-{\gamma}\;1$ and one of four ${\beta}-tubulin$ isotypes including ${\beta}1$, ${\beta}2$, ${\beta}3$ and ${\beta}6$, colocalized in COS-7 cells and cotranslocated to the plasma membrane to activate $PLC-{\gamma}\;1$ upon agonist stimulation. In the present study, we demonstrate that the remaining two, tubulin ${\beta}4$ and ${\beta}5$, also showed a potential to activate $PLC-{\gamma}\;1$. The phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate $(PIP_2)$ hydrolyzing activity of $PLC-{\gamma}\;1$ was substantially increased in the presence of purified ${\beta}4$ and ${\beta}5$ tubulin in vitro, whereas the activity was not promoted by bovine serum albumin, suggesting that tubulin ${\beta}4$ and ${\beta}5$ also activate $PLC-{\gamma}\;1$. Taken together, our results suggest that all the ${\beta}-tubulin$ isotype activates $PLC-{\gamma}\;1$ activity to regulate cellular signaling.

베타 튜불린에 의한 포스포리파제 C-감마1의 활성화

포스포리파제 C-감마1$(phospholipase\;C-{\gamma}\;1;\;PLC-{\gamma}\;1)$은 활성화될 경우 세포 내의 이차전령인 inositol 1,4,5-trisphosphate$(IP_3)$와 diacylglycerol(DG)을 생성하는 중요한 세포 신호전달 분자이다. 튜불린은 미세소관과 방추사의 주요 구성 단백질로서 알파형과 베타형의 두 가지 동위형이 있는데 이들은 모든 진핵세포에 존재하면서 이형 이합체를 형성한다. 이 중 베타형 튜불린은 사람의 경우 6종의 또 다른 동위형이 존재하는 것으로 밝혀졌는데 이들은 각 조직에서 그 발현양상이 서로 다르게 나타난다. 이전의 연구에서 우리들은 $PLC-{\gamma}\;1$과 4종의 베타튜불린 동위형 즉, ${\beta}1$, ${\beta}2$, ${\beta}3$ 및 ${\beta}6$이 세포 내에서 서로 결합할 수 있으며 또한 외부의 자극이 전달될 경우 이들 4종의 동위형이 $PLC-{\gamma}\;1$을 활성화시켜 준다는 사실을 보고한 바 있다. 이번 실험에서는 이전의 연구에서 조사하지 못하였던 베타 튜불린의 나머지 두 가지 동위형 즉, ${\beta}4$및 ${\beta}5$가 $PLC-{\gamma}\;1$에 결합하여 $PLC-{\gamma}\;1$의 활성을 증가시켜줌으로서 세포 내에서의 신호전달계를 조절하고 있음을 확인하였다. 이 결과는 이전의 연구결과와 연관 지워볼 때, 6종의 모든 베타형 튜불린은 세포 외부의 자극이 있을 경우 $PLC-{\gamma}\;1$을 활성화시켜줌을 시사한다.